漫談美國超級日全食

科技 06-15

本文選自《天文愛好者》雜誌2017年6月號

今年8月21日，美國將出現38年來少見的日全食，日全食中心線橫掃美國。上一次美國大範圍日全食，發生在1979年2月27日，見示意圖。這次日全食，發生在我國的暑假期間，因此，我國有些「日食追逐者」將會赴美觀看這難得的美國超級日全食盛景。

1979年2月27日美國日全食示意圖

綜合選點

這次日全食有什麼特點呢？日全食全部歷時3小時13分，最大食分為1.0306。日全食持續最長時間為2分44.6秒，日全食寬度約114.7千米，太陽最大高度64度。這次日全食橫跨美國中心區域，從太平洋東北部開始，由俄勒岡州進入陸地，經愛達荷州、蒙大拿州、懷俄明州、內布拉斯加州、堪薩斯州、愛荷華州、密蘇里州、伊利諾伊州、肯塔基州、田納西州、喬治亞州、北卡羅來納州，最後從南卡羅來納州出海，在大西洋北部結束。其中，最大掩食時間在美國肯塔基州附近。

2017年8月21日美國日全食（含偏食）示意圖

2017年8月21日日全食中心線經過美國陸地全景示意圖

下表是日全食中心線經過美國的數據表，其中包括時間（力學時）、緯度、經度、全食持續時間和太陽高度。目前，我們日常使用的是世界時，但天文年曆經常使用力學時。那麼，它倆之間有何關係呢？在2017年，世界時＝力學時－68.5秒。

日全食由西向東橫掃美國，從美國天氣氣候來說，美國西部海拔高、天氣乾燥，晴天率稍高；美國東部海拔低，天氣濕潤，晴天率稍低。僅從天氣角度講，在美國西部觀測日全食可能比東部好。本文挑選了距離日全食中心線較近的美國8個城市的經度、緯度、海拔高度、8月平均氣溫、濕度、雨量和降水天數等數據，供讀者參考。

美國部分城市8月氣象資料

這次日全食，在美國日全食中心線觀測，任何地點日全食持續時間都超過2分鐘，太陽高度都超過40度。在美國的中、東部（表1序號的14至15），可觀測到這次日全食的最長持續時間2分44.6秒，太陽最大高度64度。

筆者是一個天文愛好者，至今，筆者共觀測過四次日全食（1995年10月24日，泰國；1997年3月9日，黑龍江漠河；2008年8月1日，甘肅酒泉；2009年7月22日，湖北荊州），兩次日環食（2010年1月15日，雲南大理；2012年5月21日，福建福清）。每次都是在晴空萬里的環境下觀看日全食或日環食。2009年7月，筆者組織了廣東各地140多名天文愛好者，到湖北荊州觀看日全食。為何要選在荊州呢？原來，荊州公路發達，向南、向北、向東、向西都有國道，其中向東、向西汽車都可以行駛幾百千米。在天氣不好的情況下，選擇範圍大。但也有人選擇在上海和杭州觀看日全食，結果天氣不好，脫身不得，拍攝日全食泡湯了。

對於中國的天文愛好者，需要攜帶的測量儀器是GPS（全球衛星定位）。目前我們使用的手機，都可以下載GPS軟體。下載後，手機都可測量當地的經度、緯度和海拔高度。

這次日全食，我們要先確定在美國哪個州或哪個城市落腳，提早三天關注當地氣象台的天氣預告，提早一天到達預定地點。要有當地詳細的公路交通圖，要了解當地的公路是垂直穿過日全食中心線還是與日全食中心線大致平行。如果公路與日全食中心線大致平行，可以尋找最佳天氣的地點進行觀測。其次就是要尋找一個拐彎點，大致垂直穿越日全食中心線進行拍攝。有了GPS，我們可以很準確地尋找到日全食中心線。在日全食中心線地點觀測，可以共享到日全食最長的持續時間。這次日全食，發生在美國大約北緯40度的地方。因此，緯度相差1度，距離（弧長）相差111千米；緯度相差1分，距離相差1851米。經度相差1度，距離相差85.4千米；經度相差1分，距離相差1423米。這次日全食，全食帶寬度大約114.7千米。因此，我們要力爭距離日全食中心線南北距離10千米內觀測日全食。

如果感到「美國日全食中心線數據表」不夠詳細，我們可以把相鄰的兩數相加，再除2，就得到一個新的參考數據。比如，該表序號第10和第11，把這兩個緯度數值相加，再除2，得出的數字就是力學時18時2.5分的緯度數值。經度也是這樣計算。這種計算方法簡單，雖然不算很準確，但很實用。精確的計算要採用拋物線內插法，這裡從略。

觀測拍攝的前期准備

這次日全食，美國陸地全境太陽高度都超過40度，最大高度達到64度。就拍攝方面綜合而言，最佳的拍攝高度大約在45度。拍攝目標太高，對拍攝器材質量要求較高；拍攝目標太低，大氣較厚和雲量太多，對攝影同樣不利。

觀測和拍攝日全食，要做好充分的準備。首先，選用數碼單反相機拍攝。鏡頭可選用長焦鏡頭或望遠鏡進行拍攝。目前，市面上有兩個牌子的可變焦的長焦鏡頭，焦距是150～600毫米，最大光圈是F5～6.3,售價是人民幣9000多元，適宜於拍攝太陽、月亮和日全食。採用相機鏡頭拍攝，優點較多，可以自動對焦或手動對焦，可以單拍或連拍，可以光圈先決或快門先決，也可以自動拍攝或手動拍攝。

用望遠鏡拍攝，只能手動對焦，單拍，不能連拍。望遠鏡的光圈是固定的，只能調整快門和感光度（ISO）來使曝光準確。拍攝日全食，要求曝光準確。通常曝光補償調在0處。但數碼拍攝，通常也和正片拍攝一樣，採取「寧欠勿過」的原則。即寧願曝光稍欠，也不要曝光稍過。曝光稍欠可在電腦中調整，曝光過度在電腦不好調整。因此，在沒有經驗的情況下，曝光補償調在－0.3處，先拍攝一張看看，再作決定。

拍攝日全食，要使用三腳架，並用快門線進行拍攝。要對焦準確，通常採用手動對焦。口徑大的望遠鏡，使用赤道儀拍攝更好。拍攝日全食，在偏食的期間，鏡頭前要加上濾光鏡或巴德膜，防止傷害眼睛。採用相機鏡頭拍攝，濾光片有兩種選擇。一是選用不同規格的濾光鏡，這濾光鏡跟UV鏡一樣，可以旋進鏡頭前面。濾光鏡通常是選用最深色或透光最小的，但要親自調試後才能決定；二是選用巴德膜。望遠鏡拍攝太陽，通常選用巴德膜。攝影器材選定後，要抽出時間多練習拍攝太陽和月亮，熟悉自己的攝影器材，比如如何對焦準確，才能在拍攝日全食時得心應手。

觀測拍攝內容

拍攝日全食「葫蘆串」?